什麼是電磁波？你了解嗎？

基本簡介

電磁波（又稱電磁輻射）是由同相振蕩且互相容納的電場與磁場在空間中以波的形式移動，其傳播方向垂直於電場與磁場構成的平面，有效的傳遞能量和動量。電磁輻射可以按照頻率分類，從低頻率到高頻率，包括有無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外光、X-射線和伽馬射線等等。人眼可接收到的電磁輻射，波長大約在380至780納米之間，稱為可見光。只要是本身溫度大於絕對零度的物體，都可以發射電磁輻射，而世界上並不存在溫度等於或低於絕對零度的物體。

電磁波（Electromagnetic wave)，又稱電磁輻射、電子煙霧，是能量的一種。

電磁波（又稱電磁輻射）是由同相振蕩且互相垂直的電場與磁場在空間中以波的形式移動，其傳播方向垂直於電場與磁場構成的平面，有效地傳遞能量和動量。電磁輻射可以按照頻率分類，從低頻率到高頻率，包括有無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線和伽馬射線等等。人眼可接收到的電磁輻射，波長大約在380至780納米之間，稱為可見光。只要是本身溫度大於絕對零度的物體，都可以發射電磁輻射，而世界上並不存在溫度等於或低於絕對零度的物體。因此，人們周邊所有的物體時刻都在進行電磁輻射。儘管如此，只有處於可見光頻域以內的電磁波，才是可以被人們看到的。電磁波不需要依靠介質傳播，各種電磁波在真空中速率固定，速度為光速。

產生

電磁波是電磁場的一種運動形態。電與磁可說是一體兩面，變化的電場會產生磁場（即電流會產生磁場），變化的磁場則會產生電場。變化的電場和變化的磁場構成了一個不可分離的統一的場，這就是電磁場，而變化的電磁場在空間的傳播形成了電磁波，電磁的變動就如同微風輕拂水面產生水波一般，因此被稱為電磁波，也常稱為電波。

電磁波首先由詹姆斯·麥克斯韋於1865年預測出來，而後由德國物理學家海因里希·赫茲於1887年至1888年間在實驗中證實存在。麥克斯韋推導出電磁波方程，一種波動方程，這清楚地顯示出電場和磁場的波動本質。因為電磁波方程預測的電磁波速度與光速的測量值相等，麥克斯韋推論光波也是電磁波。

性質

電磁波頻率低時，主要藉由有形的導電體才能傳遞。原因是在低頻的電振蕩中，磁電之間的相互變化比較緩慢，其能量幾乎全部返回原電路而沒有能量輻射出去；電磁波頻率高時即可以在自由空間內傳遞，也可以束縛在有形的導電體內傳遞。在自由空間內傳遞的原因是在高頻率的電振蕩中，磁電互變甚快，能量不可能全部返回原振蕩電路，於是電能、磁能隨著電場與磁場的周期變化以電磁波的形式向空間傳播出去，不需要介質也能向外傳遞能量，這就是一種輻射。舉例來說，太陽與地球之間的距離非常遙遠，但在戶外時，我們仍然能感受到和煦陽光的光與熱，這就好比是「電磁輻射藉由輻射現象傳遞能量」的原理一樣。

電磁波為橫波。電磁波的磁場、電場及其行進方向三者互相垂直。振幅沿傳播方向的垂直方向作周期性交變，其強度與距離的平方成反比，波本身帶動能量，任何位置之能量功率與振幅的平方成正比。其速度等於光速c（3×10^8m/s）。在空間傳播的電磁波，距離最近的電場（磁場）強度方向相同，其量值最大兩點之間的距離，就是電磁波的波長λ，電磁每秒鐘變動的次數便是頻率f。三者之間的關係可通過公式c=λf。

電磁波的傳播不需要介質，同頻率的電磁波，在不同介質中的速度不同。不同頻率的電磁波，在同一種介質中傳播時，頻率越大折射率越大，速度越小。且電磁波只有在同種均勻介質中才能沿直線傳播，若同一種介質是不均勻的，電磁波在其中的折射率是不一樣的，在這樣的介質中是沿曲線傳播的。通過不同介質時，會發生折射、反射、繞射、散射及吸收等等。電磁波的傳播有沿地面傳播的地面波，還有從空中傳播的空中波以及天波。波長越長其衰減也越少，電磁波的波長越長也越容易繞過障礙物繼續傳播。 機械波與電磁波都能發生折射、反射、衍射、干涉，因為所有的波都具有波粒兩象性。折射、反射屬於粒子性； 衍射、干涉為波動性。

能量

電磁波的能量大小由坡印廷矢量決定，即S=E×H,其中s為坡印廷矢量，E為電場強度，H為磁場強度。E、H、S彼此垂直構成右手螺旋關係；即由S代表單位時間流過與之垂直的單位面積的電磁能，單位是W/m2。

計算方法

c=λv

c：波速(光速是一個常量，真空中約等於3×10^8m/s) 單位：m/s

v：頻率(單位：Hz,1MHz=1000kHz=1×10^6Hz)

λ：波長（單位：m）

GIF

真空中電磁波的波速為c，它等於波長λ和頻率f的乘積

c=λv

真空中電磁波傳播的速度c—大約30萬千米每秒，是宇宙間物質運動的最快速度。c是物理學中一個十分重要的常數，目前公認的數值是：

c=299792.458km/s≈3×10^5km/s

電磁波頻率的單位也是赫茲（Hz）。但常用的單位是千赫（KHz）和兆赫（MHz）。

電磁波譜

按照波長或頻率的順序把這些電磁波排列起來，就是電磁波譜。如果把每個波段的頻率由低至高依次排列的話，它們是工頻電磁波、無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線及γ射線。以無線電的波長最長，宇宙射線的波長最短。

無線電波 3000米～0.3毫米。（微波0.1~100厘米）

紅外線 0.3毫米～0.75微米。（其中：近紅外為0.76~3微米，中紅外為3~6微米，遠紅外為6~15微米，超遠紅外為15~300微米）

可見光 0.7微米～0.4微米。

紫外線 0.4微米～10納米

X射線 10納米～0.1納米

γ射線 0.1納米～ 1皮米

高能射線小於 1皮米

傳真（電視）用的波長是3～6米；雷達用的波長更短，3米到幾毫米。

降低輻射

降低電磁波的不良影響，就必須養成自我防範的習慣。一般電器行都有販售「電磁波測試筆」，可以輕易測出電磁波的強度，只要超過標準就會發出警訊，使用者就應遠離被測物直至警訊消失為止。

要測知電氣產品是否有輻射或電磁波，也可以採取比較簡便的方式，就是利用家用、小型可接收AM（調幅）頻道的收音機，打開後將頻道調在沒有廣播的地方，並且靠近所要測量的 電視、冰箱、微波爐或電腦等家電用品，如果發現收音機所傳出的 噪音突然變大，說明該電器周圍有較強的電磁輻射。走出一段距離後，雜訊就會恢復原來較小的噪音量；如此即可測出「安全」距離來。

不同的電器也有不同的防範辦法，像電腦用過最好只關熒幕不關機，電腦螢幕改換成液晶熒幕；接聽手機時，手機最好不要放在腰間或褲子口袋中，而應該用手持或放置於距離人體五十公分處；購買住宅則在遠離變電設備及基地台設置地點。

人體傷害

電磁輻射危害人體的機理主要是熱效應、非熱效應和積累效應等。

熱效應：人體內70%以上是水，水分子受到電磁波輻射後相互摩擦，引起機體升溫，從而影響到身體其他器官的正常工作。

非熱效應：人體的器官和組織都存在微弱的電磁場，它們是穩定和有序的，一旦受到外界電磁波的干擾，處於平衡狀態的微弱電磁場即遭到破壞，人體正常循環機能會遭受破壞。

累積效應：熱效應和非熱效應作用於人體後，對人體的傷害尚未來得及自我修復之前再次受到電磁波輻射的話，其傷害程度就會發生累積，久之會成為永久性病態或危及生命。對於長期接觸電磁波輻射的群體，即使功率很小，頻率很低，也會誘發想不到的病變，應引起警惕！

各國科學家經過長期研究證明：長期接受電磁輻射會造成人體免疫力下降、新陳代謝紊亂、記憶力減退、提前衰老、心率失常、視力下降、聽力下降、血壓異常、皮膚產生斑痘、粗糙，甚至導致各類癌症等；男女生殖能力下降、婦女易患月經紊亂、流產、畸胎等症。但是暫時未經實驗證明，也無大規模的數據統計證實存在必然聯繫具有防電磁波輻射危害的食物有：綠茶、海帶、海藻、裙菜、Va、Vc、Vb1.卵磷脂、豬血、牛奶、甲魚、蟹等動物性優質蛋白等。

主要特性

與聲波和水波相似，電磁波具有波的性質。可以發生折射等現象。它的速度，波長，頻率之間滿足關係式：

傳播速度=波長×頻率。

電磁波在空氣中的傳播速度為光速，波長λ=300/頻率F（GHz）mm。從同步衛星到地球的傳播時間大約1/8秒。

主要種類

電磁波為橫波，可用於探測、定位、通信等等。

電磁波譜(波長從長到短)是無線電波，微波，紅外線，可見光,紫外線，倫琴射線(X射線),伽瑪射線.

主要應用

無線電廣播與電視都是利用電磁波來進行的。在無線電廣播中，人們先將聲音信號轉變為電信號，然後將這些信號由高頻振蕩的電磁波帶著向周圍空間傳播。而在另一地點，人們利用接收機接收到這些電磁波後，又將其中的電信號還原成聲音信號，這就是無線廣播的大致過程。而在電視中，除了要像無線廣播中那樣處理聲音信號外，還要將圖像的光信號轉變為電信號，然後也將這兩種信號一起由高頻振蕩的電磁波帶著向周圍空間傳播，而電視接收機接收到這些電磁波後又將其中的電信號還原成聲音信號和光信號，從而顯示齣電視的畫面和喇叭里的聲音。

電磁波的電場(或磁場)隨時間變化，具有周期性。在一個振蕩周期中傳播的距離叫波長。振蕩周期的倒數，即每秒鐘振動(變化)的次數稱頻率。

很顯然，波長與頻率的乘積就是每秒鐘傳播的距離，即波速。令波長為λ，頻率為f，速度為V，得： λ=V/f波長入的單位是米(m)，速度的單位是米/秒(m/sec)，頻率的單位為赫茲(Hertz，Hz)。 整個電磁頻譜，包含從電波到宇宙射線的各種波、光、和射線的集合。不同頻率段落分別命名為無線電波(3KHz—3000GHz)、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線(伽馬射線)和宇宙射線。 在19世紀末，義大利人馬可尼和俄國人波波夫同在1895年進行了無線電通信試驗。在此後的100年間，從3KHz直到3000GHz頻譜被認識、開發和 逐步利用。根據不同的持播特性，不同的使用業務，對整個無線電頻譜進行劃分，共分9段：甚低頻(VLF）、低頻(LF)、中頻(MF)，高頻(HF)、甚高頻(VHF)特高頻(uHF)超高頻(sHF)極高頻(EHF)和至高頻，對應的波段從甚(超)長波、長波、中波、短波、米波、分米波、厘米波、 毫米波和絲米波(後4種統稱為微波)。

主要用途

無線電廣播與電視都是利用電磁波來進行的。在無線電廣播中，人們先將聲音信號轉變為電信號，然後將這些信號由高頻振蕩的電磁波帶著向周圍空間傳播。而在另一地點，人們利用接收機接收到這些電磁波後，又將其中的電信號還原成聲音信號，這就是無線廣播的大致過程而在電視中，除了要像無線廣播中那樣處理聲音信號外，還要將圖象的光信號轉變為電信號，然後也將這兩種信號一起由高頻振蕩的電磁波帶著向周圍空間傳播，而電視接收機接收到這些電磁波後又將其中的電信號還原成聲音信號和光信號，從而顯示齣電視的畫面和喇叭里的聲音。

無線電廣播利用的電磁波的頻率很高，範圍也非常大，而電視所利用的電磁波的頻率則更高，範圍也更大。此外，電磁波還應用於手機通訊、衛星信號、導航、遙控、定位、家電（微波爐、電磁爐）紅外波、工業、醫療器械等方面。

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